Ăng-ten xoắn ốc: các loại và ảnh

2024 Tác giả: Leah Sherlock | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 05:53

Ăng-ten xoắn ốc thuộc loại ăng-ten sóng du lịch. Phạm vi hoạt động chính của nó là decimet và centimet. Nó thuộc về lớp ăng-ten bề mặt. Phần tử chính của nó là một đường xoắn ốc được kết nối với một đường dây đồng trục. Hình xoắn ốc tạo ra một mô hình bức xạ ở dạng hai thùy phát ra dọc theo trục của nó theo các hướng khác nhau.

Ăng-ten xoắn ốc có hình trụ, phẳng và hình nón. Nếu độ rộng phạm vi hoạt động yêu cầu là 50% hoặc nhỏ hơn, thì một đường xoắn hình trụ được sử dụng trong ăng-ten. Vòng xoắn hình nón tăng gấp đôi phạm vi tiếp nhận so với hình trụ. Và những cái phẳng đã mang lại lợi thế gấp hai mươi lần. Phổ biến nhất để thu trong dải tần VHF là ăng-ten vô tuyến hình trụ với phân cực tròn và độ lợi tín hiệu đầu ra cao.

Thiết bị ăng-ten

Phần chính của ăng-ten là một dây dẫn cuộn. Ở đây, theo quy định, đồng, đồng thau hoặc dây thép được sử dụng. Một bộ nạp được kết nối với nó. Nó được thiết kế để truyền tín hiệu từ chuỗi xoắn tới mạng (máy thu) và ngược lại (máy phát). Khay nạp có loại mở và đóng. Máy cấp liệu kiểu mở làống dẫn sóng không được che chắn. Loại kín có một tấm chắn đặc biệt chống nhiễu, làm cho trường điện từ được bảo vệ khỏi các tác động bên ngoài. Tùy thuộc vào tần số của tín hiệu, thiết kế bộ cấp nguồn sau đây được xác định:

- lên đến 3 MHz: mạng có dây được bảo vệ và không được che chắn;

- 3 MHz đến 3 GHz: dây đồng trục;

- 3GHz đến 300GHz: ống dẫn sóng bằng kim loại và điện môi;

- trên 300 GHz: đường truyền bán quang.

Một yếu tố khác của ăng-ten là bộ phản xạ. Mục đích của nó là tập trung tín hiệu vào chuỗi xoắn. Nó được làm chủ yếu từ nhôm. Cơ sở cho ăng-ten là khung có hằng số điện môi thấp, chẳng hạn như bọt hoặc nhựa.

Tính toán các kích thước chính của ăng-ten

Tính toán một ăng-ten xoắn ốc bắt đầu bằng việc xác định các kích thước chính của đường xoắn ốc. Đó là:

- số lượt n;

- góc rẽ a;

- đường kính xoắn ốc D;

- tung độ của xoắn ốc S;

- đường kính phản xạ 2D.

Điều đầu tiên cần hiểu khi thiết kế một ăng-ten xoắn ốc là nó là bộ cộng hưởng (bộ khuếch đại) của sóng. Đặc điểm của nó là trở kháng đầu vào cao.

Loại sóng được kích thích trong nó phụ thuộc vào kích thước hình học của mạch khuếch đại. Các vòng quay lân cận của xoắn ốc có ảnh hưởng rất mạnh đến bản chất của bức xạ. Tỷ lệ tối ưu:

D=λ / π, trong đó λ là bước sóng, π=3, 14

S=0, 25 λ

a=12˚

Vìλ là một giá trị thay đổi và phụ thuộc vào tần số, sau đó các giá trị trung bình của chỉ số này được tính theo công thức được lấy trong các phép tính:

λ min=c / f max; λ max=c / f min, trong đó c=3 × 108m / giây. (tốc độ ánh sáng) và f max, f min - tham số lớn nhất và nhỏ nhất của tần số tín hiệu.

λ cf=1/2 (λ min + λ max)

n=L / S, trong đó L là tổng chiều dài của ăng-ten, được xác định theo công thức:

L=(61˚ / Ω)2λ cf, trong đó Ω là hướng phụ thuộc phân cực của ăng-ten (lấy từ sách tham khảo).

Phân loại theo phạm vi hoạt động

Theo dải tần số chính, các bộ thu phát là:

1. Băng thông hẹp. Chiều rộng chùm tia và trở kháng đầu vào phụ thuộc nhiều vào tần số. Điều này cho thấy rằng ăng-ten có thể hoạt động mà không cần bắt sóng chỉ trong phổ bước sóng hẹp, xấp xỉ 10% băng thông tương đối.

2. Phạm vi rộng. Các ăng-ten như vậy có thể hoạt động trên một phổ tần số rộng. Nhưng các thông số chính của chúng (SOI, mẫu bức xạ, v.v.) vẫn phụ thuộc vào sự thay đổi của bước sóng, nhưng không nhiều như các thông số băng hẹp.

3. Tần số độc lập. Người ta tin rằng ở đây các thông số chính không thay đổi khi tần số thay đổi. Các ăng-ten này có một vùng hoạt động. Nó có khả năng di chuyển dọc theo ăng-ten mà không thay đổi kích thước hình học của nó, tùy thuộc vào sự thay đổi bước sóng.

Phổ biến nhất là anten xoắn thuộc loại thứ hai và thứ ba. Loại đầu tiên được sử dụng khicần tăng độ "rõ ràng" của tín hiệu ở một tần số nhất định.

Ăng-ten tự tạo

Ngành công nghiệp cung cấp nhiều loại anten. Nhiều loại giá có thể thay đổi từ vài trăm đến vài nghìn rúp. Có anten thu sóng truyền hình, vệ tinh, điện thoại. Nhưng bạn có thể làm một ăng-ten xoắn ốc bằng tay của chính mình. Nó không khó lắm đâu. Ăng-ten Wi-Fi xoắn đặc biệt phổ biến.

Chúng đặc biệt thích hợp khi cần khuếch đại tín hiệu từ bộ định tuyến trong một ngôi nhà lớn nào đó. Để làm điều này, bạn cần một dây đồng có tiết diện 2-3 mm2và chiều dài 120 cm, cần thực hiện 6 vòng với đường kính 45 mm. Để làm điều này, bạn có thể sử dụng một ống có kích thước thích hợp. Cán xẻng vừa vặn (có cùng đường kính). Chúng tôi cuộn dây và có được một hình xoắn ốc với sáu vòng. Chúng tôi uốn cong phần cuối còn lại theo cách mà nó đi chính xác qua trục của hình xoắn ốc, "lặp lại" nó. Chúng tôi kéo căng phần vít để khoảng cách giữa các lần lượt trong vòng 28-30 mm. Sau đó, chúng tôi tiến hành sản xuất gương phản xạ.

Đối với điều này, một miếng nhôm có kích thước 15 × 15 cm và dày 1,5 mm sẽ làm được. Từ chỗ trống này, chúng tôi tạo một hình tròn có đường kính 120 mm, cắt bỏ các cạnh không cần thiết. Khoan một lỗ 2mm ở giữa hình tròn. Chúng tôi chèn phần cuối của hình xoắn ốc vào nó và hàn cả hai phần với nhau. Ăng-ten đã sẵn sàng. Bây giờ bạn cần tháo dây bức xạ khỏi mô-đun ăng-ten của bộ định tuyến. Và hàn phần cuối của dây vớiphần cuối của ăng-ten ra khỏi bộ phản xạ.

Các tính năng của ăng ten433 MHz

Trước hết, phải nói rằng sóng vô tuyến có tần số 433 MHz trong quá trình lan truyền của chúng được mặt đất và các chướng ngại vật khác nhau hấp thụ rất tốt. Để truyền lại nó, các máy phát công suất thấp được sử dụng. Như một quy luật, các thiết bị bảo mật khác nhau sử dụng tần số này. Nó được sử dụng đặc biệt ở Nga để không gây nhiễu trên không trung. Ăng-ten xoắn ốc 433 MHz yêu cầu mức tăng đầu ra cao hơn.

Một tính năng khác của việc sử dụng thiết bị thu phát như vậy là các sóng của phạm vi này có khả năng thêm các pha của sóng trực tiếp và phản xạ từ bề mặt. Điều này có thể làm tăng cường độ tín hiệu hoặc làm suy yếu tín hiệu. Từ những điều trên, chúng ta có thể kết luận rằng việc lựa chọn thu sóng "tốt nhất" phụ thuộc vào cài đặt riêng của vị trí ăng-ten.

Ăng-ten 433 MHz tự chế

Thật dễ dàng để tạo ra một ăng-ten xoắn ốc 433 MHz bằng chính tay của bạn. Cô ấy rất nhỏ gọn. Để làm được điều này, bạn cần một đoạn dây đồng, thau hoặc thép nhỏ. Bạn cũng có thể chỉ sử dụng dây. Đường kính dây phải là 1 mm. Ta cuốn 17 vòng quay trên trục gá có đường kính 5 mm. Chúng tôi kéo dài đường xoắn để chiều dài của nó là 30 mm. Với kích thước này, chúng tôi kiểm tra ăng-ten để thu tín hiệu. Bằng cách thay đổi khoảng cách giữa các ngã rẽ, bằng cách kéo dài và nén xoắn, chúng tôi đạt được chất lượng tín hiệu tốt hơn. Nhưng bạn cần biết rằng một ăng-ten như vậy rất nhạy cảm với các đối tượng khác nhau,đến gần cô ấy.

Ăng-ten thu UHF

Ăng-ten xoắn ốcUHF cần thiết để nhận tín hiệu truyền hình. Theo thiết kế, chúng bao gồm hai phần: một tấm phản xạ và một hình xoắn ốc.

Tốt hơn là sử dụng đồng cho vòng xoắn - nó có ít điện trở hơn và do đó, ít mất tín hiệu hơn. Công thức tính toán của nó:

- tổng chiều dài của xoắn ốc L=30000 / f, trong đó f- tần số tín hiệu (MHz);

- bước xoắn S=0,24 L;

- đường kính cuộn dây D=0, 31 / L;

- đường kính dây xoắn ốc d ≈ 0,01L;

- đường kính gương phản xạ 0,8 nS, trong đó n- số vòng;

- khoảng cách đến màn hình H=0, 2 L.

Tăng:

K=10 × lg (15 (1 / L) 2nS / L)

Chén phản xạ được làm bằng nhôm.

Các loại thiết bị thu phát khác

Ăng-ten xoắn hình nón và phẳng ít phổ biến hơn. Điều này là do khó khăn trong quá trình sản xuất của chúng, mặc dù chúng có những đặc điểm tốt nhất về truyền và nhận tín hiệu. Bức xạ của các máy phát như vậy không được hình thành bởi tất cả các bước sóng, mà chỉ bởi các máy phát có độ dài gần với bước sóng.

Trong một ăng-ten phẳng, đường xoắn ốc được tạo ra dưới dạng một đường dây hai dây xoắn thành hình xoắn ốc. Trong trường hợp này, các ngã rẽ liền kề được kích thích cùng pha trong chế độ sóng truyền. Điều này dẫn đến thực tế là một trường bức xạ với phân cực tròn được tạo ra theo hướng trục của ăng-ten, cho phép bạn tạo ra một dải tần rộng. Có các ăng-ten phẳng với cái gọi là xoắn ốcArchimedes. Hình dạng phức tạp này cho phép tăng đáng kể dải tần số truyền từ 0,8 đến 21 GHz.

So sánh anten xoắn và anten định hướng cao

Sự khác biệt chính giữa ăng-ten xoắn và ăng-ten định hướng là nó nhỏ hơn. Điều này làm cho nó nhẹ hơn, cho phép cài đặt với ít nỗ lực vật lý hơn. Nhược điểm của nó là dải tần thu và phát hẹp hơn. Nó cũng có một mô hình bức xạ hẹp hơn, đòi hỏi phải "tìm kiếm" vị trí tốt nhất trong không gian để có được sự tiếp nhận thỏa đáng. Ưu điểm chắc chắn của nó là sự đơn giản trong thiết kế. Một điểm cộng lớn là khả năng điều chỉnh ăng-ten bằng cách thay đổi cao độ của cuộn dây và tổng chiều dài của vòng xoắn.

Ăng-ten ngắn

Để cộng hưởng tốt hơn trong ăng-ten, điều cần thiết là chiều dài "kéo dài" của phần xoắn càng gần với giá trị bước sóng càng tốt. Nhưng nó không được nhỏ hơn bước sóng ¼ (λ). Do đó, λ có thể đạt tới 11 m, điều này đúng với dải tần HF. Trong trường hợp này, ăng-ten sẽ quá dài, điều này không thể chấp nhận được. Một cách để tăng chiều dài của dây dẫn là lắp một cuộn dây kéo dài ở chân máy thu. Một tùy chọn khác là đưa đường dẫn bộ chỉnh vào mạch. Nhiệm vụ của nó là khớp tín hiệu đầu ra của máy phát các đài vô tuyến với ăng ten ở tất cả các tần số hoạt động. Nói theo ngôn ngữ đơn giản, bộ chỉnh hoạt động như một bộ khuếch đại cho tín hiệu đến từ bộ thu. Sơ đồ này được sử dụng trong ăng-ten xe hơi, nơi kích thước của phần tử thu sóng vô tuyến là rất quan trọng.

Kết

Ăng-ten xoắn ốc đã trở nên rất phổ biến trong nhiều lĩnh vực truyền thông điện tử. Nhờ chúng, giao tiếp di động được thực hiện. Chúng cũng được sử dụng trong truyền hình và thậm chí trong liên lạc vô tuyến không gian sâu. Một trong những phát triển đầy hứa hẹn để giảm kích thước của ăng-ten là việc sử dụng gương phản xạ hình nón, giúp tăng độ dài của bước sóng thu so với gương phản xạ thông thường. Tuy nhiên, cũng có một nhược điểm, thể hiện ở việc giảm phổ tần số hoạt động. Một ví dụ thú vị nữa là ăng-ten xoắn ốc hình nón "hai chiều", cho phép bạn làm việc trong phổ tần số rộng, do sự hình thành của màng ngăn định hướng đẳng hướng. Điều này là do đường dây điện ở dạng cáp hai dây cung cấp sự thay đổi trở kháng mượt mà.